학문
바나나를좋아하는원숭이
미토콘드리아는 왜 모계유전이 되는 것인가요?
안녕하세요. 동물이던 식물이던 미토콘드리아라는 세포소기관을 가지고 있기 때문에 세포 호흡이 가능합니다. 이 미토콘드리아는 왜 모계유전이 되는 것인가요? 이와 같이 모계유전이 되는 다른 세포 소기관도 존재하나요?
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
질문해주신 것처럼 미토콘드리아는 자체 DNA를 가진 세포 소기관으로 내부에 독립적인 유전물질이 존재하며 이론적으로는 양쪽 부모로부터 모두 전달될 수도 있지만, 실제로는 모계로부터만 유전됩니다. 이는 난자와 정자의 구조적 차이 때문인데요, 난자는 정자에 비해서 매우 크고 세포질이 풍부하기 때문에 수많은 미토콘드리아를 포함하고 있습니다. 반면에 정자는 이동을 위해 특화된 세포로서 핵과 운동 기관인 편모가 중심이며 세포질이 극히 적은데다가 정자의 미토콘드리아는 주로 중편에 존재합니다. 하지만 수정 시 난자 안으로 들어오는 것은 거의 핵뿐이기 때문에 미토콘드리아는 대부분 난자 내부로 전달되지 않거나 극히 소량만 들어오게 되는 것입니다. 또한 일부 정자의 미토콘드리아가 난자 내부로 들어오더라도, 세포는 이를 유비퀴틴화 시켜서 프로테아좀이라는 세포소기관으로 선택적으로 제거합니다. 이러한 한쪽으로부터의 유전만 가능해진 이유는 서로 다른 개체의 미토콘드리아가 섞였을 경우에 에너지 생산 시스템에 혼란이 생길 수 있기 때문에, 한쪽으로 통일하는 것이 세포 기능의 안정성 측면에서 유리했기 때문입니다.
또한 말씀하신 것처럼 모계유전이 일어나는 또 다른 세포 소기관으로는 식물에서의 엽록체가 있는데요, 이 역시 자체 DNA를 가지고 있으며, 많은 식물 종에서 난자를 통해 전달되기 때문에 모계유전 양상을 보입니다. 감사합니다.
채택 보상으로 291베리 받았어요.
채택된 답변안녕하세요. 박재민 수의사입니다.
미토콘드리아가 모계유전이 되는 이유는 수정 과정에서의 기여 차이 때문인데요
난자는 세포질과 함께 많은 미토콘드리아를 가지고 있는 반면 정자는 거의 핵만 전달하는 구조입니다
수정이 이루어질 때 정자의 미토콘드리아는 대부분 분해되거나 유지되지 않아요
그래서 수정란에는 난자에서 온 미토콘드리아만 남게 되어 모계유전이 이루어지는 것이지요
이러한 방식은 미토콘드리아 기능을 안정적으로 유지하기 위한 생물학적 전략으로 이해됩니다
일부 생물에서는 정자의 미토콘드리아가 전달되는 예외도 있지만 일반적이지는 않습니다
세포 소기관 중에서는 엽록체도 식물에서 비슷하게 모계유전되는 경우가 많습니다
가장 큰 이유는 처음 수정될 때 미토콘드리아의 기원이 난자이기 때문입니다.
먼저 난자는 약 10만 개 이상의 미토콘드리아를 가진 반면, 정자는 꼬리 부분에 약 100개 내외만 가지고 있어 수적으로도 상당한 차이를 보이죠.
게다가 정자가 난자에 진입할 때 미토콘드리아가 밀집된 꼬리 부분은 대부분 밖에 남겨진 채 머리만 들어갑니다. 설령 정자의 미토콘드리아가 난자 내부로 들어오더라도, 난자의 자가포식 시스템이 이를 이물질로 인식해 파괴해버리죠.
설사 여기서 살아남았다 해도 정자의 미토콘드리아에는 삭제 태그가 붙어 있어 수정 직후 제거 대상이 됩니다.
결국 정자의 미토콘트리아는 수정될 때 제거되게 되는데, 에너지를 만드느라 손상되기 쉬운 정자의 미토콘드리아를 배제하고, 깨끗한 모체의 미토콘드리아만 물려받아 유전적 결함을 최소화하려는 전략이기도 합니다.
미토콘드리아의 모계 유전은 수정 과정에서 정자의 미토콘드리아가 배아에 전달되지 않거나 난자 내부의 자식 작용을 통해 선택적으로 파괴되기 때문에 발생합니다. 정자는 운동에 필요한 에너지를 얻기 위해 꼬리 부근에 소량의 미토콘드리아를 보유하지만 수정 시 핵만 난자로 진입하거나 난자 세포질에 들어온 정자 미토콘드리아에 유비퀴틴 표식이 붙어 분해되는 기전이 작동합니다. 결과적으로 수정란의 세포질은 대부분 난자로부터 기원하며 난자가 보유한 수십만 개의 미토콘드리아가 차세대 세포로 그대로 계승되는 원리입니다. 식물 세포의 경우 광합성을 담당하는 엽록체 역시 세포질 유전을 통해 주로 모계로 유전되며 이는 핵 이외의 독자적인 DNA를 가진 세포 소기관들이 공유하는 보편적인 유전 방식입니다. 이러한 모계 유전은 세포 내 공생설에 따라 독자적인 유전 정보를 보존하고 다량의 에너지를 생산하는 기관들의 효율적인 복제와 생존을 위한 생물학적 전략으로 해석됩니다.